linux sysctl 引數實現暨 ip_forward引數對Linux核心轉發影響分析

阿新 • • 發佈：2019-02-09

在進行Linux核心轉發時，需要在proc檔案系統的proc/sys目錄設定轉發的引數，可以使用下面的方法檢視該引數的值 cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward，該引數的預設值為0，可以使用下面的方法進行修改該值，使能Linux核心的IP層的資料抓發，但是下面的方法在系統重啟後不再生效。

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

在Linux系統中也提供了一個系統的配置工具sysctl，使用它可以讀取和配置Linux核心的一些引數。但是該方法和proc檔案系統相關，使用該工具Linux核心需要支援proc檔案系統。下面是使用sysctl配置核心的轉發引數。

# sysctl net.ipv4.ip_forward

net.ipv4.ip_forward = 0

/ # sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

net.ipv4.ip_forward = 1

/ # sysctl net.ipv4.ip_forward

net.ipv4.ip_forward = 1

/ #

注意，引數 net.ipv4.ip_forward 實際是對應的 proc 目錄/proc/sys/net/ipv4/ip_forward，選項 -w 表示配置該核心配置引數，沒有選項表示讀核心配置引數，不加任何選項資訊，就表示讀取操作。

通過上面的方法我們可以設定和讀取

IP轉發的引數。但是本文重點不是講該引數如何配置，而是在配置完成後，在核心的轉發過程中如何生效的，以及如何配置到核心中。既然，該引數是配置使能IP層的轉發，那應該在Linux核心的轉發部分對該引數進行了判斷，該引數的判斷實際上是在查詢路由時進行判斷的，下面這張圖顯示了其中的呼叫關係，

在查路由的過程中，如果是轉發的資料包呼叫下面的巨集判斷轉發的引數是否開啟。在函式ip_route_input_slow。

if (!IN_DEV_FORWARD(in_dev))

goto e_hostunreach;

看一下該巨集是如何進行定義的，下面的巨集定義在include/linux/inetdevice.h

檔案中。

#define IN_DEV_FORWARD(in_dev) IN_DEV_CONF_GET((in_dev), FORWARDING)

在把IN_DEV_CONF_GET巨集進一步展開了看：

#define IN_DEV_CONF_GET(in_dev, attr) \

ipv4_devconf_get((in_dev), NET_IPV4_CONF_ ## attr)//這裡的##表示連線兩個字串。

下面是ipv4_devconf_get函式的定義：

static inline int ipv4_devconf_get(struct in_device *in_dev, int index)

{

index--;//這裡的index相當於NET_IPV4_CONF_FORWARDING

return in_dev->cnf.data[index];// init_net->ipv4.devconf_dfl.data[0]

}

（1）對於巨集NET_IPV4_CONF_ FORWARDING，定義在include/linux/sysctl.h檔案中，是一個列舉型別的。

enum

{

NET_IPV4_CONF_FORWARDING=1,

NET_IPV4_CONF_MC_FORWARDING=2,

NET_IPV4_CONF_PROXY_ARP=3,

NET_IPV4_CONF_ACCEPT_REDIRECTS=4,

NET_IPV4_CONF_SECURE_REDIRECTS=5,

NET_IPV4_CONF_SEND_REDIRECTS=6,

NET_IPV4_CONF_SHARED_MEDIA=7,

NET_IPV4_CONF_RP_FILTER=8,

NET_IPV4_CONF_ACCEPT_SOURCE_ROUTE=9,

NET_IPV4_CONF_BOOTP_RELAY=10,

NET_IPV4_CONF_LOG_MARTIANS=11,

NET_IPV4_CONF_TAG=12,

NET_IPV4_CONF_ARPFILTER=13,

NET_IPV4_CONF_MEDIUM_ID=14,

NET_IPV4_CONF_NOXFRM=15,

NET_IPV4_CONF_NOPOLICY=16,

NET_IPV4_CONF_FORCE_IGMP_VERSION=17,

NET_IPV4_CONF_ARP_ANNOUNCE=18,

NET_IPV4_CONF_ARP_IGNORE=19,

NET_IPV4_CONF_PROMOTE_SECONDARIES=20,

NET_IPV4_CONF_ARP_ACCEPT=21,

NET_IPV4_CONF_ARP_NOTIFY=22,

NET_IPV4_CONF_SRC_VMARK=24,

__NET_IPV4_CONF_MAX

};

（2）對於return in_dev->cnf.data[index];返回的相當於in_dev->cnf.data[0],那下面我們看一下該初始值是如何產生的。

首先，in_dev是怎麼獲取到的，在ip_route_input_slow函式中通過struct in_device *in_dev = in_dev_get(dev);函式獲取，在in_dev_get函式中呼叫__in_dev_get_rcu，通過下面的賦值語句進行賦值struct in_device *in_dev = dev->ip_ptr;

static inline struct in_device *__in_dev_get_rcu(const struct net_device *dev)

{

struct in_device *in_dev = dev->ip_ptr;

if (in_dev)

in_dev = rcu_dereference(in_dev);

return in_dev;

}

static __inline__ struct in_device *

in_dev_get(const struct net_device *dev)

{

struct in_device *in_dev;

rcu_read_lock();

in_dev = __in_dev_get_rcu(dev);

if (in_dev)

atomic_inc(&in_dev->refcnt);

rcu_read_unlock();

return in_dev;

}

dev->ip_ptr;又是什麼時候賦值呢？答案是在net_device註冊初始化函式inetdev_init中，

static struct in_device *inetdev_init(struct net_device *dev)

{

struct in_device *in_dev;

ASSERT_RTNL();

in_dev = kzalloc(sizeof(*in_dev), GFP_KERNEL);

if (!in_dev)

goto out;

memcpy(&in_dev->cnf, dev_net(dev)->ipv4.devconf_dflt,

sizeof(in_dev->cnf));//這裡對in_dev->cnt進行初始化操作，---（1）

in_dev->cnf.sysctl = NULL;

in_dev->dev = dev;

if ((in_dev->arp_parms = neigh_parms_alloc(dev, &arp_tbl)) == NULL)

goto out_kfree;

if (IPV4_DEVCONF(in_dev->cnf, FORWARDING))

dev_disable_lro(dev);

/* Reference in_dev->dev */

dev_hold(dev);

/* Account for reference dev->ip_ptr (below) */

in_dev_hold(in_dev);

devinet_sysctl_register(in_dev);

ip_mc_init_dev(in_dev);

if (dev->flags & IFF_UP)

ip_mc_up(in_dev);

/* we can receive as soon as ip_ptr is set -- do this last */

rcu_assign_pointer(dev->ip_ptr, in_dev);//使用RCU保護鎖機制對dev->ip_ptr進行賦值

out:

return in_dev;

out_kfree:

kfree(in_dev);

in_dev = NULL;

goto out;

}

（1）dev_net(dev)->ipv4.devconf_dfl 也就相當於init_net->ipv4.devconf_dfl，而devconf_dfl的初始化時在/net/ipv4/devinet.c檔案中，devinet_init_net函式中，

static struct ipv4_devconf ipv4_devconf_dflt = {

.data = {

[NET_IPV4_CONF_ACCEPT_REDIRECTS - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_SEND_REDIRECTS - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_SECURE_REDIRECTS - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_SHARED_MEDIA - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_ACCEPT_SOURCE_ROUTE - 1] = 1,

};//這裡並沒有對FORWARDING進行賦值操作

static __net_init int devinet_init_net(struct net *net)

{

int err;

struct ipv4_devconf *all, *dflt;

#ifdef CONFIG_SYSCTL

struct ctl_table *tbl = ctl_forward_entry;

struct ctl_table_header *forw_hdr;

#endif

err = -ENOMEM;

all = &ipv4_devconf; //----------------------------進行初始化操作

dflt = &ipv4_devconf_dflt;

if (net != &init_net) {

all = kmemdup(all, sizeof(ipv4_devconf), GFP_KERNEL);

if (all == NULL)

goto err_alloc_all;

dflt = kmemdup(dflt, sizeof(ipv4_devconf_dflt), GFP_KERNEL);

if (dflt == NULL)

goto err_alloc_dflt;

#ifdef CONFIG_SYSCTL

tbl = kmemdup(tbl, sizeof(ctl_forward_entry), GFP_KERNEL);

if (tbl == NULL)

goto err_alloc_ctl;

tbl[0].data = &all->data[NET_IPV4_CONF_FORWARDING - 1];

tbl[0].extra1 = all;

tbl[0].extra2 = net;

#endif

}

#ifdef CONFIG_SYSCTL

err = __devinet_sysctl_register(net, "all",

NET_PROTO_CONF_ALL, all);

if (err < 0)

goto err_reg_all;

err = __devinet_sysctl_register(net, "default",

NET_PROTO_CONF_DEFAULT, dflt);

if (err < 0)

goto err_reg_dflt;

err = -ENOMEM;

forw_hdr = register_net_sysctl_table(net, net_ipv4_path, tbl);

if (forw_hdr == NULL)

goto err_reg_ctl;

net->ipv4.forw_hdr = forw_hdr;

#endif

net->ipv4.devconf_all = all;//這裡對net->ipv4_devconfi_all進行了初始化

net->ipv4.devconf_dflt = dflt;// //這裡對net->devconf_dflt進行了初始化

return 0;

………………………….

}

上面的函式對net相關功能的初始化，在devinet.c檔案中還有一個和ipv4_devconf_dflt類似的變數ipv4_devconf，但是IN_DEV_FORWARD(in_dev)巨集讀取的是結構體ipv4_devconf_dflt中變數的值，所以，如果要在Linux核心中修改轉發的引數時，需要在ipv4_devconf_dflt中新增才能生效。

static struct ipv4_devconf ipv4_devconf = {

.data = {

[NET_IPV4_CONF_ACCEPT_REDIRECTS - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_SEND_REDIRECTS - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_SECURE_REDIRECTS - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_SHARED_MEDIA - 1] = 1,

[NET_IPV4_CONF_FORCE_IGMP_VERSION-1]=2,

};

（3）下面看一下使用echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward配置語句如何是Linux核心IP轉發生效的。

在上面的devinet_init_net()函式中，有下面的兩段程式碼

struct ctl_table *tbl = ctl_forward_entry;

forw_hdr = register_net_sysctl_table(net, net_ipv4_path, tbl);

其中ctl_forward_entry定義為下面的結構，

static struct ctl_table ctl_forward_entry[] = {

{

.ctl_name = NET_IPV4_FORWARD,//一個ID，

.procname = "ip_forward",//字串，包含在proc/sys下目錄項，實際為proc/sys目錄下的檔名

.data = &ipv4_devconf.data[

NET_IPV4_CONF_FORWARDING - 1],//回撥函式設定的值

.maxlen = sizeof(int),//設定值的最大長度

.mode = 0644,//檔案的許可權，也就是ip_forward檔案的許可權

.proc_handler = devinet_sysctl_forward,// 對/proc/sys下面的檔案修改的時候呼叫該回調函式。

.strategy = devinet_conf_sysctl,// 用sysctl讀寫系統引數時候呼叫該回調函式

.extra1 = &ipv4_devconf,

.extra2 = &init_net,

{ },

};

forw_hdr = register_net_sysctl_table(net, net_ipv4_path, tbl);用於動態註冊系統控制功能，其中net_ipv4_path定義為下面的形式。也就是proc/sys/下的目錄名，tbl就是上面的ctl_forward_entry[]結構體。

static __net_initdata struct ctl_path net_ipv4_path[] = {

{ .procname = "net", .ctl_name = CTL_NET, },

{ .procname = "ipv4", .ctl_name = NET_IPV4, },

{ },

};

使用echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward呼叫devinet_sysctl_forward函式進行處理，下面是該函式的定義實現。其中引數write為1表示寫配置，為0表示讀取配置值，buffer是要寫的值，lenp為buffer的大小，ppos為位置。這裡的__user是告訴不應該解除該指標的引用，因為在當前地址空間中它是沒有意義的，所以對於這種變數，在kernel中使用要用到copy_to_user和copy_from_user

static int devinet_sysctl_forward(ctl_table *ctl, int write,

void __user *buffer,

size_t *lenp, loff_t *ppos)

{

int *valp = ctl->data;//獲取&ipv4_devconf.data地址

int val = *valp;

loff_t pos = *ppos;

int ret = proc_dointvec(ctl, write, buffer, lenp, ppos);//該函式處理傳進來的int型，proc_dostring處理傳過來的字串。

/* ctl->data change echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/ip_forward write = 1 *valp = 0 val = 1 */

if (write && *valp != val) {

struct net *net = ctl->extra2;

if (valp != &IPV4_DEVCONF_DFLT(net, FORWARDING)) {

if (!rtnl_trylock()) {

/* Restore the original values before restarting */

*valp = val;

*ppos = pos;

return restart_syscall();

}

if (valp == &IPV4_DEVCONF_ALL(net, FORWARDING)) {

inet_forward_change(net);//呼叫該函式進行配置in_dev->cnf.data

} else if (*valp) {

struct ipv4_devconf *cnf = ctl->extra1;

struct in_device *idev =

container_of(cnf, struct in_device, cnf);

dev_disable_lro(idev->dev);

}

rtnl_unlock();

rt_cache_flush(net, 0);

}

return ret;

}

下面是這個函式就是修改forward引數，

static void inet_forward_change(struct net *net)

{

struct net_device *dev;

int on = IPV4_DEVCONF_ALL(net, FORWARDING);//獲取配置的值

IPV4_DEVCONF_ALL(net, ACCEPT_REDIRECTS) = !on;

IPV4_DEVCONF_DFLT(net, FORWARDING) = on;//設定ipv4_devconf_dflt結構體，

read_lock(&dev_base_lock);

for_each_netdev(net, dev) {

struct in_device *in_dev;

if (on)

dev_disable_lro(dev);

rcu_read_lock();

in_dev = __in_dev_get_rcu(dev);

if (in_dev)

IN_DEV_CONF_SET(in_dev, FORWARDING, on);//呼叫該巨集設定in_dev->cnf.data

rcu_read_unlock();

}

read_unlock(&dev_base_lock);

}

static inline void ipv4_devconf_set(struct in_device *in_dev, int index,

int val)

{

index--;

set_bit(index, in_dev->cnf.state);

in_dev->cnf.data[index] = val;//設定in_dev的data，這裡的Index為NET_IPV4_CONF_FORWARDING

}

其呼叫關係如下圖：

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